DE102021101128B4

DE102021101128B4 - Hohlwellenkupplung

Info

Publication number: DE102021101128B4
Application number: DE102021101128.0A
Authority: DE
Inventors: Rainer Peter; Thomas Moka; Hauke Jandrey
Original assignee: Ringfeder Power Transmission GmbH
Current assignee: Ringfeder Power Transmission GmbH
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2041-01-21
Also published as: DE102021101128A1; WO2022157194A1

Abstract

Bereitgestellt wird eine Hohlwellenkupplung, die geeignet ist, eine Welle (2), insbesondere eine Vollwelle, mit einer Hohlwelle (1) zu verbinden, und mit mindestens einem Spannsatz (3) versehen ist, der geeignet ist, die Hohlwelle (1) gegen die Welle (2) zu verspannen, wobei zwischen den einander gegenüberliegenden Fügeflächen (13, 14) von Hohlwelle (1) und Welle (2) zumindest bereichsweise ein Friktionsmittel (12) vorhanden ist. Diese Hohlwellenkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Friktionsmittel (12) mindestens einen Wirkpartikel aus einem Metall aufweist und das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kalzium, Beryllium, Eisen, Kupfer, Zink, und Zinn sowie Legierungen bzw. Mischungen mit wenigstens 2 dieser Metalle. Die erfindungsgemäße Hohlwellenkupplung verfügt nicht nur über einen erhöhten Reibwert und somit eine gesteigerte Drehmomentübertragung sondern kann auch einfach wieder demontiert werden.

Description

Neue Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Hohlwellenkupplung, die geeignet ist, eine Welle mit einer Hohlwelle zu verbinden, und mit mindestens einem Spannsatz versehen ist, der geeignet ist, die Hohlwelle gegen die Welle zu verspannen, wobei zwischen den einander gegenüberliegenden Fügeflächen bzw. Kontaktflächen von Hohlwelle und Welle zumindest bereichsweise ein reibungserhöhendes Mittel vorhanden ist
Die Drehmomentübertragung bei einer Hohlwellenkupplung erfolgt durch elastische Kontraktion einer Hohlwelle auf eine Vollwelle und somit durch eine Flächenpressung zwischen der Innenbohrung der Hohlwelle auf die Vollwelle. Beispielsweise wird auf mechanische Pressverbindungen mit Schrumpfscheiben nach DE 1 294 751 A verwiesen.
Hohlwellenkupplungen sind in zahlreichen einfachen und auch komplexer aufgebauten Ausführungsformen bekannt. Ein Vertreter letzteren Typs ist in der EP 2 187 076 B1 beschrieben.
Bei geölten Fügeflächen wird bei diesen Kupplungen mit einem Reibwert von µ = 0,12 gerechnet. Bei trockener Fügefläche wird eine Reibwert von µ = 0,15 angenommen.
Es sind bereits reibungserhöhende Mittel bekannt, die auf die Fügeflächen aufgebracht werden. So sind beispielsweise Flüssigkeiten bekannt, die Unebenheiten in der Oberfläche ausfüllen. Nach dem Aushärten bildet sich ein Belag. Dadurch werden die übertragbaren Drehmomente erhöht.
Aus der DE 10 2012 212 295 A1 ist es bekannt, zwischen der Außenfläche einer Welle und der Innenmantelfläche einer Bohrung, in der die Bohrung angeordnet ist, einen Reiblack anzubringen.
Allerdings können mit einem derartigen reibungserhöhenden Mittel ausgestattete Hohlwellenkupplungen nur schwer wieder gelöst werden können.
Aus der EP 2 727 781 B1 ist ein Friktionsmittel bekannt, das unter anderem bei einer Reibungsbremse eines Schienenfahrzeugs eingesetzt wird. Dieses bekannte Friktionsmittel wird zwischen einem Radreibpartner und einem Bremsreibpartner beim Abbremsen eines Rades eingebracht. Bei dem Radreibpartner handelt es sich dabei um ein rotierendes Rad und somit um ein bewegliches Element, während es sich bei dem Bremsreibpartner um ein drehfest am Fahrzeug befestigtes und somit stationäres Element handelt.
Durch dieses bekannte Friktionsmittel kann die Entstehung von Geräuschen reduziert und gezielt die Lautstärke bzw. die Frequenz dieser Geräusche beeinflusst werden.
Aus der AT 504 336 A4 sind Friktionsmittel mit Wirkpartikeln aus Metall bekannt. Diese bekannte Friktionsmittel wird nach dem Auftragen ausgehärtet. Eine Demontage danach ist nicht ohne weiteres möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hohlwellenkupplung bereitzustellen, die mit einem reibungserhöhenden bzw. reibwertsteigernden Mittel ausgestattet ist und gleichwohl einfach wieder demontiert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass das reibungserhöhenden Mittel mindestens einen Wirkpartikel aus einem Metall aufweist und das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kalzium, Beryllium, Eisen, Kupfer, Zink, und Zinn sowie Legierungen bzw. Mischungen mit wenigstens 2 dieser Metalle.
Es wurde überraschend gefunden, dass das reibungserhöhende Mittel, welches mindestens eines der Metalle enthält, die auch in dem bekannten Friktionsmittel gemäß EP 2 187 076 B1 eingesetzt werden, zu einer Reibwerterhöhung einer Hohlwellenkupplung und somit aus 2 stationären und nicht bewegten Partnern führt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das bekannte Friktionsmittel an sich eine Art Schmieröl bzw. Schmierstoff darstellt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält das reibungserhöhende Mittel mindestens ein hochviskoses Trägermaterial zur Aufnahme von Wirkpartikeln, wobei das Trägermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus

◯ mehrwertigen Alkoholen wie Glycerin und Polyglykolen,
◯ Polyethylenglykol,
◯ Polypropylenglykol,
◯ Gelen wie Kieselgel und
◯ Mischungen aus wenigstens 2 dieser Materialien.

Nach einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform enthält das reibungserhöhende Mittel mindestens ein niedrigviskoses Trägermaterial, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus

◯ einwerten Alkoholen wie Methanol, Ethanol, Propanol oder Butanol,
◯ mehrwertigen Alkoholen wie Glykol,
◯ Wasser,
◯ pflanzlichen Ölen wie Sojaöl oder Leinöl,
◯ Silikonöle,
◯ Mischungen aus mindestens 2 dieser Materialien.

Dieses niedrigviskose Trägermaterial beeinflusste die Aufbringbarkeit des reibungserhöhenden Mittels.
Weiterhin bevorzugt besitzt das reibungserhöhende Mittel im Wesentlichen die rheologischen Eigenschaften eines nicht-newtonschen Fluids und/oder eines viskoelastischen Gels.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das reibungserhöhende Mittel metallische Wirkpartikel auf, deren Härte kleiner ist als die Härte der Hohlwelle und der Vollwelle.
Insbesondere weist das reibungserhöhende Mittel metallische Wirkpartikel aus Aluminium und/oder Kupfer sowie einen silikatischen Verdicker und wenigstens eine ungesättigte Fettsäure auf, wobei mindestens die Hälfte des Volumens des reibungserhöhenden Mittels von dieser ungesättigten Fettsäure und mindestens ein Viertel von diesen metallischen Wirkpartikeln eingenommen werden.
Das reibungserhöhende Mittel stellt vorzugsweise ein Friktionsmittel gemäß der Lehre der europäischen Patentschrift EP 2 727 781 B1 dar. Die Lehre dieser Patentschrift wird hiermit durch Bezugnahme in den Text aufgenommen.
Bei der erfindungsgemäßen Hohlwellenkupplung sind die Fügeflächen sowohl der Hohlwelle als auch der Welle unbehandelt. Insbesondere weisen die Fügeflächen sowohl der Hohlwelle als auch der Welle keine (n) zusätzliche (n) aufgebrachte (n) Belag oder Beschichtung auf.
Bei der Welle handelt es sich vorzugsweise um einen Vollwelle.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dort ist ein Längsschnitt durch eine übliche Hohlwellenkupplung gezeigt. Es handelt sich dabei um eine Kupplung, bei der Hohlwelle und Welle mithilfe einer 2-teiligen Schrumpfscheibe verpresst werden.
In die Hohlwelle 1 ist eine Welle in Form einer Vollwelle 2 eingesetzt. Außen um die Hohlwelle 1 läuft eine Schrumpfscheibe 3 radial um, die 2 Ringscheibenelemente 3', 3" besitzt, in denen mehrere durchgehende Bohrungen 4 angeordnet sind. Durch diese Bohrungen 4 erstreckt sich jeweils eine Gewindeschraube 5 von dem Ringscheibenelemente 3" axial in Richtung des Ringscheibenelements 3'. Diese Gewindeschrauben 5 besitzen einen Kopf 6, der sich in Anlage an das Ringscheibenelement 3" befindet. Das freie Ende der Gewindeschrauben 5 ragt mit ihrem Außengewinde in die Bohrung 4 des Ringscheibenelements 3' hinein bzw. ist in die Bohrung 4, die eine Gewindebohrung darstellt, in dem Ringscheibenelement 3 eingedreht.
Radial innen besitzen die beiden Ringscheibenelemente 3', 3" jeweils eine Kontaktfläche 10, 10', die bezüglich der Querschnittsebene der Hohlwellenkupplung in entgegengesetzte Richtung geneigt sind und eine Art Dach bilden.
Radial innen von den beiden Ringscheibenelementen 3,3' befindet sich ein radial umlaufender Druckring 7, der radial innen mit seiner Innenmantelfläche 8 auf der Außenmantelfläche 9 der Hohlwelle 1 in Anlage ist.
Radial außen weist der Druckring 7 zwei schräge Flächen 11, 11' auf, die bezüglich der Querschnittsebene der Hohlwellenkupplung in entgegengesetzte Richtung geneigt sind, eine Art Dach bilden und in Anlage gegen die gegenüberliegenden Kontaktflächen 10 bzw. 10' sind. Beim Eindrehen der Gewindeschrauben 5 schiebt sich die Kontaktfläche 10 auf die gegenüberliegende schräge Fläche 11 und die Kontaktfläche 10' auf die gegenüberliegende schräge Fläche 11' des Druckrings 7, wodurch dieser Druckring 7 nach radial innen verpresst wird und die Hohlwelle 1 mit der Vollwelle 2 verpresst.
Dieser Aufbau ist üblicher Art.
Das zuvor beschriebene reibungserhöhende Mittel 12 wird auf die Flächen von Vollwelle 2 und Hohlwelle 1, welche miteinander in Anlage sind bzw. beim Verpressen in Anlage kommen, zumindest bereichsweise aufgebracht. Diese Flächen stellen die Fügeflächen 13 bzw. 14 dar. Bei der Fügefläche 13 handelt es sich um einen Abschnitt der Außenmantelfläche der Vollwelle 2, während es sich bei der Fügefläche 14 um einen Abschnitt der Innenmantelfläche der Hohlwelle 1 handelt.
Es ist dabei ausreichend, das reibungserhöhende Mittel 12 vor dem Zusammensetzen der Kupplung nur auf eine der einander gegenüberliegenden Fügeflächen 13, 14 aufzubringen, da beim Festziehen der Schrumpfscheibe 3 und den dabei gegeneinander gepressten Fügeflächen 13, 14 das reibungserhöhende Mittel 12 verteilt wird. Natürlich kann das reibungserhöhende Mittel 12 vor dem Zusammenbau der Hohlwellenkupplung auch auf allen Fügeflächen 13, 14 aufgebracht worden sein.
Durch das reibungserhöhend Mittel 12 wird der Reibwert erhöht und dadurch die Drehmomentübertragung gesteigert. Bei der gezeigten Ausführungsform und dem eingesetzten reibungserhöhenden Mittel kann eine Reibwert von ca. µ = 0,3 erreicht werden, während dieser Reibwert ohne das reibungserhöhende Mittel ca. µ = 0,15 beträgt.

Claims

Hohlwellenkupplung, die geeignet ist, eine Welle (2)mit einer Hohlwelle (1) zu verbinden, und mit mindestens einem Spannsatz (3) versehen ist, der geeignet ist, die Hohlwelle (1) gegen die Welle (2) zu verspannen, wobei zwischen den einander gegenüberliegenden Fügeflächen (13, 14) von Hohlwelle (1) und Welle (2) zumindest bereichsweise ein reibungserhöhendes Mittel (12) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das reibungserhöhende Mittel (12) mindestens einen Wirkpartikel aus einem Metall aufweist und das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kalzium, Beryllium, Eisen, Kupfer, Zink, und Zinn sowie Legierungen oder Mischungen mit wenigstens 2 dieser Metalle.
Hohlwellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das reibungserhöhende Mittel (12) mindestens ein hochviskoses Trägermaterial zur Aufnahme von Wirkpartikeln aufweist und das Trägermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus ◯ mehrwertigen Alkoholen wie Glycerin und Polyglykolen, ◯ Polyethylenglykol, ◯ Polypropylenglykol, ◯ Gelen wie Kieselgel und ◯ Mischungen aus wenigstens 2 dieser Materialien.
Hohlwellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das reibungserhöhende Mittel (12) mindestens ein niedrigviskoses Trägermaterial enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus ◯ einwertigenen Alkoholen wie Methanol, Ethanol, Propanol oder Butanol, ◯ mehrwertigen Alkoholen wie Glykol, ◯ Wasser, ◯ pflanzlichen Ölen wie Sojaöl oder Leinöl, ◯ Silikonöle und ◯ Mischungen aus mindestens 2 dieser Materialien.
Hohlwellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reibungserhöhende Mittel (12) die rheologischen Eigenschaften eines nicht-newtonschen Fluids und/oder eines viskoelastischen Gels besitzt.
Hohlwellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reibungserhöhende Mittel (12) metallische Wirkpartikel aufweist, deren Härte kleiner ist als die Härte der Hohlwelle (1) und der Welle (2).
Hohlwellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reibungserhöhende Mittel (12) metallische Wirkpartikel aus Aluminium und/oder Kupfer sowie einen silikatischen Verdicker und wenigstens eine ungesättigte Fettsäure aufweist und mindestens die Hälfte des Volumens des reibungserhöhenden Mittels von dieser ungesättigten Fettsäure und mindestens ein Viertel von diesen metallischen Wirkpartikeln eingenommen werden.
Hohlwellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reibungserhöhende Mittel (12) ein Friktionsmittel gemäß der Lehre der europäischen Patentschrift EP 2 727 781 B1 darstellt.
Hohlwellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeflächen (13, 14) sowohl der Hohlwelle (1) als auch der Welle (2) unbehandelt sind.
Hohlwellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeflächen (13, 14) sowohl der Hohlwelle (1) als auch der Welle (2) keine (n) zusätzliche (n) aufgebrachte (n) Belag oder Beschichtung aufweisen.
Hohlwellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) eine Vollwelle darstellt.